光纤复合材料结构低速冲击判位研究

复合材料智能结构容易产生从表面无法探测到的低速冲击损伤。试验利用光纤复合材料结构中布拉格光纤光栅传感器受到低速冲击后中心波长随应力变化这一特性,在恒温下用布拉格光栅对复合材料智能结构受到的低速冲击位置给出判别。通过计算冲击待测数字采样信号与所有冲击模板数字采样信号的Hausdorff距离,给出两者的相似度,利用相似度判别复合材料结构低速冲击位置。试验表明布拉格光纤光栅传感器可以监测复合材料冲击信号,能够对复合材料结构低速冲击进行判位研究。

光纤复合材料结构低速冲击判位研究

复合材料智能结构容易产生从表面无法探测到的低速冲击损伤。试验利用光纤复合材料结构中布拉格光纤光栅传感器受到低速冲击后中心波长随应力变化这一特性,在恒温下用布拉格光栅对复合材料智能结构受到的低速冲击位置给出判别。通过计算冲击待测数字采样信号与所有冲击模板数字采样信号的Hausdorff距离,给出两者的相似度,利用相似度判别复合材料结构低速冲击位置。试验表明布拉格光纤光栅传感器可以监测复合材料冲击信号,能够对复合材料结构低速冲击进行判位研究。

HTPB推进剂冲击发火判据的试验研究

为探究某型HTPB推进剂冲击发火的判据,对落锤试验进行了改进,在底座中引入聚偏二氟乙烯膜(PVDF)压电膜,测量推进剂受落锤冲击下的应力峰值,得到50%冲击发火的临界落高与应力;基于分离式霍普金森压杆的冲击发火试验,对比并分析了在不同的冲击应力加载条件下,推进剂临界冲击发火的影响条件,并给出该型推进剂的50%冲击发火判据。结果表明,应力峰值与特性落高的关系满足σ=175.09 H 0.5,50%特性落高为75 cm,100%不发火的最大落高为68 cm。在20、30和40 cm子弹冲击条件下,推进剂50%冲击发火的应力峰值分别为2760、2410和2120 MPa,作用持续时间分别为76、100和130μs,推进剂的冲击发火与推进剂受到的冲击应力大小和作用时间直接相关,通过σ^2τ=K判据可以较好地判断推进剂的冲击发火临界条件,且确定了K值为574.6MPa^2·s。

基于防冲数据分析下冲击危险判识及应用

为了解决矿山深部开采冲击危险判识难题,以郭屯煤矿为工程背景,结合矿井地质及开采技术条件,对微震监测、钻屑监测、应力监测以及冲击地压多参量监测预警平台的防冲数据进行分析,得出微震分布规律、回采速度与微震能量频次关系、侧向应力峰值分布规律以及应力预警时间等。进一步提出了冲击地压多场域冲击危险判识方法,结合工程实例,论证了风险评估中的强风险区域与下一开采阶段较大能量矿震发生的位置以及高应力集中区基本一致,同时得出震动场与应力场之间存在的相互转化关系,证明了防冲数据分析结果与现场冲击危险判识情况相吻合。

冲击地压声-能信息时空分布特征及预测分析

华亭煤矿冲击倾向性强、危害性大,要实现冲击地压超前预报,必须对其前兆信息进行采集和分析。通过在250103工作面两帮布置地音监测系统,捕捉冲击地压发生全过程的声-能信息,结合来压步距、推进距离,对其表现的4个阶段:贫寂期、活跃期、突变期、回稳期进行时空特征分析。统计声-能历史样本数据并发现,地音信息小事件异常值占6.72%,大事件异常值占5.68%,能量异常值占5.29%,符合正态分布预测模型。利用层次分析法及循环滚动法,得出地音监测信息综合指标及判断准则。实践表明:所采用的地音监测系统及预测方法能够实时捕捉声-能信息并有效刻画冲击地压倾向性状态,对冲击事件的发生起到准确辨识及超前预报的作用。

强冲击倾向性巨厚煤层水平应力致冲分析

以某强冲击巨厚煤层发生冲击事故为工程背景,采用理论分析、数值模拟等方式,分析了冲击案例及水平应力分布情况,水平应力致冲机理:水平应力致使煤层梁发生弯曲,弯曲梁底部受拉应力,当拉应力超出煤层梁的抗拉极限,发生极限弯曲致冲事故,并以此提出了煤层梁极限弯曲判据。同时,对机理进行了数值模拟验证,并基于冲击机理提出了防治措施,降低煤层梁的水平应力集中程度和增强煤层梁综合抗弯强度是解决煤层梁极限弯曲致冲的关键。

实体煤掘进加卸载路径下的冲击机理及防控研究

实体煤掘进冲击矿压受覆岩运动影响较小是其典型特点,其冲击机理缺乏系统研究。本文从实体煤掘进围岩力学行为入手,展开其冲击机理及防控研究。首先,运用数值模拟方法得到煤巷掘进围岩应力路径具有"竖向加载-倾向卸载-走向固定"的三轴加卸载特征;然后展开三轴加卸载路径下的煤样力学和冲击特征试验;最后用试验结果指导实体煤掘进冲击防控设计。试验揭示了煤样峰值点的加卸载侧应力不仅受初始加载侧应力和初始卸载侧应力影响,而且与卸载速率和加载速率比值(简称"卸加比")呈指数型降低,但是受初始固定侧应力影响较小。发现实验室煤样需要满足高应变速率和高应力2个条件才能形成冲击,非冲击煤样和冲击煤样分别呈现层裂式和爆裂式破坏特征,前者对应的声发射能量值比后者小2个数量级。根据加卸载下煤样破裂特征及冲击形成条件,制定相应的实体煤掘进冲击防控设计方案。现场实践表明,所设计的实体煤巷道掘进冲击防控方案有效降低了大能级矿震和冲击矿压的发生概率。

煤岩体变形破坏的能量演化模型及冲击危险性评价

建立了煤岩体单元变形破坏过程中能量输入、积聚、耗散、释放的理论计算模型,基于冲击启动理论和围岩变形破坏后的结构防冲能力,提出冲击失稳判据及危险性判断流程。以孟村4号煤层掘进巷道冲击显现事故为工程案例,分析了巷道掘进后围岩变形破坏、能量演化特征,判别了冲击危险性,验证了冲击危险性评估流程的正确性。分析了地应力对冲击危险性的影响。结果表明:水平偏应力越大,冲击危险性越高;掘进方向与最大水平应力垂直时,冲击危险性最高,与最大水平主应力平行时,冲击危险性最低。以冲击变形能非线性增大速率为判别准则,计算出临界采深。本文案例中,采深超过500m后,冲击变形能变化速率较浅部变化速率增大了10倍。造成冲击危险性非线性增大的原因是煤岩体能量积聚和释放增长速率在500m后显著增大:能量积聚增长速率为埋深小于500m时的5.3倍,能量耗散基本不变,能量释放增长速率为1.8倍。